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Charge Doctor V2, firmware V 2.03

La version logicielle 2.03 ajoute quelques fonctions importantes à la version 2.02. Ce manuel est une mise à jour du manuel précédent devenu obsolète. Au niveau de la connectique, le Charge Doctor (CD) est maintenant disponible pour une très large gamme de modèles de roues, trottinettes, hoverboards… et existe même en version mixte pour pouvoir se connecter sur deux marques différentes avec un seul CD.

Liste (non exhaustive) de marques compatibles avec le CD (cf la page Achat pour la photo du connecteur)

  • Airwheels & clones, King Song, Gotway, Solowheel, Firewheel, Dolphin, Pinwheel…
  • Gotway 84V (connecteur GX16 4 broches)
  • IPS (connecteur GX16 4 broches)
  • Ninebot One (prise Lemo) et Minipro (prise GX12-4 broches)
  • InMotion V3 & V5 (prise carrée Lenovo) et V8 (prise GX12-3 broches)
  • Hoverboards de toutes marques
  • Trotinettes avec prise XLR-3 broches ou prises GX16-3 broches (GTX, Dualtron, Speedway,…)

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Caractéristiques de Charge Doctor V2

  • Tension : 20.0V – 100.0 V
  • Intensité : 0.00 – 10.00 A
  • Capacité : 0.000-1000 Ah avec décimale automatique
  • Energie : 0.0-10000 Wh avec décimale automatique
  • Coupure automatique par seuil de courant (0.1-8.0 A) ou seuil de tension (30.0-85.0V)
  • Sortie enregistreur liaison série 9600 bauds TTL
  • Dimensions : 85x50x20 mm
  • Poids : 65 g

Utilisation du CD

Au démarrage, affichage de « C-dr » puis du numéro de version du firmware (version « 2.03 »)

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L’afficheur haut en bleu indique alternativement la tension en volt (« 61.9U ») et l’intensité en ampère (« 1.99A »).

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L’afficheur bas en rouge a 3 écrans d’affichage :

Appui bref => changement mode

  1. Wh
  2. Ah (« Ah » apparaît alternativement pour distinguer du mode Wh)
  3. Seuil de coupure auto (affichage clignotant)
Appui prolongé
1. remet compteur Wh à zéro
2. remet compteur Ah à zéro
3. Active/désactive mode coupure auto (« —A » correspond à coupure auto désactivée). NB : le seuil de coupure ne peut être changé qu’en mode paramétrage
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écran 1: 148.2 Wh écran 2: 2.377 Ah écran 3: coupure auto
seuil = 1.20A
appui bref => passe à l’écran 2
appui long => compteur = 0
appui bref => passe à l’écran 3
appui long => compteur = 0
appui bref => passe à l’écran 1
(l’afficheur revient automatiquement à l’écran 1 si aucun appui touche > 6s)

L’écran 3 a plusieurs modes, un appui long change le mode :

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écran 3 / mode 1 écran 3 / mode 2 écran 3 / mode 3
coupure auto par courant, seuil = 1.20 A

coupure auto désactivée

Fin de charge par coupure-auto. Pour reprendre la charge, appui long ou éteindre/rallumer

astuce : faire 3 clics courts espacés de moins 0,3s pour éteindre l’écran
Pendant la veille d’écran, le CD continue de fonctionner normalement
Un autre clic rallume l’écran


Paramétrage du CD

Pour rentrer en mode paramétrage, maintenir le bouton appuyé à l’allumage du CD
1) mode réglage du seuil de coupure auto : bouton maintenu < 5s
2) mode étalonnage
: bouton maintenu > 5s

1) Réglage du seuil de coupure auto

L’afficheur haut indique le paramètre en cours. Les écrans défilent automatiquement toutes les 2 s. Cliquer pour régler dans l’écran en cours, le défilement d’écrans s’arrête alors pendant 6s pour permettre le réglage. Si aucun clic bouton pendant plus de 10s, l’afficheur revient en mode normal.

Image 3 paramètres réglables :

  • Auto : coupure automatique
  • Pr1 : paramètre 1, extinction écran à la coupure automatique
  • Pr2 : paramètre 2, mode de coupure auto, I ou V

« Auto » : mode coupure automatique. L’afficheur du bas indique le seuil de coupure auto, en courant ou en tension selon PR2. Quand le seuil est atteint, le CD met fin à la charge en coupant le courant.
Le réglage se fait par incréments de 0.1A (coupure par seuil en courant) ou 0.1V (coupure par seuil en tension). Maintenir appuyé pour incrémenter automatiquement.
Les seuils de courant et de tension sont stockés dans des mémoires séparées. Quand le mode de coupure auto est changé, le seuil précédemment réglé (en intensité ou en tension) est rappelé.
Remarque : la désactivation de la coupure auto (affichage « —A ») se fait en dehors du mode paramétrage, dans le mode normal, cf plus haut.

« Pr1 » : paramètre 1. Valeur = 1 => extinction de l’afficheur LED et mise en veille profonde.

« Pr2 » : paramètre 2. Valeurs possibles, « dn A », « up V », « dn V »

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dn A : down A, coupure auto quand le courant descend en dessous du seuil. Mode fixé par défaut

UP V : coupure auto quand la tension dépasse le seuil, à utiliser sur des grosses batteries (capacité > 560Wh) quand la coupure par seuil de courant n’est pas assez précise

dn V : down V, coupure auto quand la tension descend en dessous du seuil, à utiliser uniquement pour décharger une batterie

 

 

2) Etalonnage

La tension est étalonnée sortie usine à +-10mV et l’intensité à +-1mA.
Réétalonnez seulement si vous disposez de voltmètres et d’ampèremètres précis.
L’afficheur du haut défile les paramètres à régler toutes les 2 s. Quand le bouton est appuyé, le défilement s’arrête pendant 6s. Pour quitter ce mode et revenir au mode normal, éteindre/rallumer Charge Doctor.

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« down U » : diminuer le gain en tension
(environ 10mV par clic)
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« UP U » : augmenter le gain en tension
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« down A » : diminuer le gain en intensité
(environ 1mA par clic)
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« UP A » : augmenter le gain en intensité
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« 00 A » : Recale le zéro intensité pour afficher 0.00A quand
aucune charge est branchée
ATTENTION : maintenir le bouton appuyé 2s pour régler
(clic rapide ignoré pour éviter une erreur de manipulation)

Enregistreur série

Charge-Doctor envoie les données toutes les 10s par protocole série 9600 bauds, niveaux TTL en format ascii, séparateur=virgule. Le format est le même que sur la version précédente, voir l’article Affichage graphique pour le chargement des fichiers et l’exploitation des données.
N.B. Charge Doctor ne stocke pas de données. Pour les enregistrements, le PC doit être branché pendant la charge pour recevoir, enregistrer et afficher les données.

Branchement au dongle : relier la sortie données de Charge Doctor à l’entrée RxD du dongle convertisseur série-usb, attention à respecter la polarité des fils :
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IMPORTANT : au démarrage, Charge Doctor envoie un entête à 2 lignes contenant notamment le numéro de version du firmware :

Charge Doctor V2.00-10A by HMC 01/2015
Time(s) Voltage(x0.1V) Current(x10mA) Charge(x0.1Wh)

Ces deux lignes présentes dans le fichier « log.txt » ne sont pas interprétables par le grapheur KST et l’affichage se bloque. Pour les supprimer, deux possibilités :

  • soit démarrer datalogger.exe 2 secondes APRES l’allumage du Charge Doctor.
  • soit faire « Stop logging » puis « Start logging » dans datalogger.exe avec l’option « Append to file » décochée => l’ancien fichier « log.txt » est écrasé et les nouvelles données n’auront plus les deux lignes d’entêtes non-interprétables.

Photos de Charge Doctor V2, versions avec prise GX16 (majorité des monocyles, vélo, trottinettes électriques) et Lemo (monocycle Ninebot).
(cliquer sur l’image pour voir en haute résolution)

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Quel courant de charge ?

Maintenant que le Charge Doctor V2 10A est disponible, la question de charger à 4A voire plus revient régulièrement. La charge à courant élevé réduit bien sûr le temps de charge mais la question légitime est, réduit-elle aussi la durée de vie de la batterie ?
Réponse : tout dépend de la capacité « 1C » de votre batterie.

Les monocycles électriques fonctionnant avec des batteries de 58V (16 cellules LiIon à Vnominal=3.6V), la correspondance entre Wh et la valeur « 1C » en Ah est indiquée ci-après (pour les hoverboards ou autres VAE, à 48V ou 36V, recalculer 1C = Wh/Tension) :

Capacité batterie Capacité « 1C » Exemple de roue
130 Wh 2.2 Ah Solowheel, Airwheel, NineBot
260 Wh 4.5 Ah Firewheel 260, Gotway, Kingsong
520 Wh 9 Ah Firewheel 520, Dolphin
680 Wh 12 Ah Gotway, KingSong

Si la capacité est de 2Ah, le courant d’une charge dite à « 1C » est de 2A.

C’est une convention commode pour savoir si la charge est rapide ou pas, et partant, son impact sur la durée de vie de la batterie.

  • La charge à 2C est une charge rapide. Elle est déconseillée (elle se fait surtout en modélisme, mais sur des batteries LiPo et non LiIon).
  • La charge à 1C est possible mais pourrait réduire la durée de vie de la batterie. Les roues aux batteries de 130Wh (Solowheel, Airwheel X3 et clones, Ninebot E…) sont chargées à 1C par un chargeur standard de 2A.
  • La charge à 0,5C est lente mais un compromis acceptable entre rapidité et durée de vie. Une batterie de 260Wh (Firewheel 260) est chargée à 0,5C par un chargeur standard de 2A.
  • La charge à 0,2C est considérée comme une charge très douce

Pour une batterie de 680Wh par exemple, une charge à 1C correspondrait à 12A ! Donc une charge à 4A voire à 6A (en branchant en parallèle un chargeur 4A + un chargeur 2A ou 3 chargeurs 2A) reste une charge « lente ». Des courants aussi forts en apparence ne devraient pas affecter la santé de la batterie. Bien sûr, préserver celle-ci suppose aussi d’éviter les surcharges et décharges profondes, sujet d’un billet précédent.


Charge rapide avec Charge Doctor V2

Le Charge Doctor V2 a une option à 2 entrées permettant de mettre en parallèle deux chargeurs. Les possesseurs de grosses batteries disposent ainsi de plus d’options de branchement (cf tableau ci-dessous) et pourront se faire un chargeur 4A pour pas cher en utilisant deux chargeurs 2A standard.

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Branchement Courant total Remarque
un seul chargeur 2A 2 A
2 chargeurs 2A 4 A
1 chargeur 2A + 1 chargeur 4A 6 A augmenter section câble*
2 chargeurs 4A 8 A augmenter section câble*

*Au dessus de 4A , les fils de charge de la batterie (reliant le BMS à la prise de charge) sont trop fins pour tenir le courant et doivent être remplacés par des câbles de plus grosse section.

Exemple de charge de ma batterie Firewheel 260Wh

Un seul chargeur branché => tension = 61.7V ; courant = 1.94AImage
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Deux chargeurs branchés => courant = 3.95AImage
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Voici la courbe de charge à 4 A de la batterie 260Wh, à comparer à une charge à 2A. La batterie entièrement vide se charge à 90% en environ 1h, càd que le temps de charge a été divisée par deux !Image

Point capacité/Wh % capacité totale tension/V courant/A remarque
0 0 0% 67.3 0 branchement d’un seul chargeur
A 0 0% 57,4 2,03 début charge
B 3,9 1% 60,0 3,99 branchement deuxième chargeur
C 152,8 58% 66,3 3,89 fin phase courant constant
D 211,0 80% 67,1 1,84 courant <2A => l’un des deux chargeurs se désactive
E 244,8 93% 67,5 0,70 coupure auto par Charge Doctor, seuil = 0,7A
F 244,8 93% 67,5 0,81 remise courant manuelle pour charger jusqu’à 100%
G 263 100% 67.5 0,03 fin de charge, débranchement
  • Rermarque 1 : en ajoutant le deuxième chargeur (A->B), le palier de tension au moment du branchement donne une estimation de la résistance interne de la batterie : R = deltaV/deltaA = (60-57.4)/(3.99-2.03), soit R= 1.3 ohms. C’est une résistance un peu trop grande pour une batterie de 260Wh, probablement due en partie à la résistance des câbles et de la connectique.
  • Remarque 2 : en réglant le seuil de coupure automatique à 0.7A, la charge s’arrête à 93%. C’est une valeur cohérente avec les résultats d’une charge à 2A donc à l’incertitude de mesure près, la correspondance entre seuil de coupure et % capacité ne dépend pas du courant de charge. On peut retenir coupure auto à 1A => 90% de charge.
  • Remarque 3 : charger de 93% à 100% prend autant de temps que de charger de 0% à 93% donc ne vaut généralement pas la peine, surtout si vous disposez du Charge Doctor V2 et sa fonction de coupure automatique.

Attention : en théorie, brancher deux chargeurs en parallèle ne pose pas de risque pour les chargeurs. En tous cas, sur les 4 chargeurs que j’ai testés (Firewheel, Gotway, clone Airwheel X3) et selon plusieurs témoignages de wheelers, ça marche. Mais étant donné la multiplicité des modèles, je ne peux pas certifier à 100% que cela marcherait sur vos chargeurs spécifiques. Donc à tester en toute connaissance de cause. Mais l’enjeu en vaut vraiment la chandelle pour les grands rouleurs et possesseurs de grosses batteries > 260Wh.

Attention : la charge de batteries Lithium n’est pas sans risque, a foritiori la charge à courants élevés. Ne négligez pas les précautions d’usage (ne pas charger sans être présent à proximité, installer un détecteur d’incendie, éloigner la roue d’objets de valeur, attendre que la batterie soit froide après une course avant de charger…).

Edit 20/03/2016 : ajout graphe Gotway MSuper 850, charge rapide en branchant deux chargeurs 1,75A en parallèle. Données Thomas T.

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De toute évidence, ça ressemble plus à une batterie de 680Wh que 850Wh ! J’espère que Thomas tirera ça au clair avec le vendeur.

 

 

Charge Doctor V2, coupure automatique

Pour maximiser la durée de vie d’une batterie, il est recommandé d’éviter la surcharge et la décharge profonde. On admet que la plage idéale de charge est de 20% à 90% de la pleine charge, à respecter aussi souvent que nécessaire, quand c’est possible, notamment pour les heureux possesseurs de batteries de grosses capacités comme les 520Wh de la Firewheel F520 voire 680Wh (!) de certaines Gotway ou King Song.

Sur les monocycles ou autres engins électriques légers (trottinettes, vélos à assistance, gyropodes…), la décharge profonde est évitée par la carte-mère par un avertissement puis l’arrêt de l’engin. En revanche, la charge se fait toujours à 100%, le chargeur étant conçu pour, ce qui est contraire à la bonne pratique citée plus haut mais quand même pratiqué par tous les fabricants pour d’évidentes raisons commerciales (le prix d’un produit est conditionné en partie par la capacité annoncée qui correspond bien sûr à la charge à 100%).

Le Charge Doctor V2 permet justement d’éviter ce problème de surcharge, en coupant la charge quand le courant tombe en dessous d’un seuil réglable par l’utilisateur. Cette coupure automatique peut bien sûr être désactivée, auquel cas le V2 fonctionnerait (en mieux bien sûr :mrgreen: ) comme n’importe quel moniteur de charge classique.

Important : la pleine charge est quand-même à faire occasionnellement (disons 1 fois sur 10 voire sur 20) afin d’être sûr de déclencher l’équilibrage des cellules par le BMS (battery management system, la carte de gestion embarquée dans le bloc batteries). C’est une opération nécessaire pour les batteries Lithium, même si son importance est souvent exagérée. Pensez-y si vous voulez/pouvez charger à 90% voire 80% la plupart du temps.

Un exemple de coupure automatique illustre les points importants de cette fonction en général et les problèmes spécifiques aux chargeurs de monocycles électriques en particulier. Il s’agit d’un enregistrement de la charge de ma Firewheel F260 (batterie 16S2P de 260Wh théorique) par Charge Doctor V2 et KST (cf billet Affichage Graphique pour ceux qui souhaitent utiliser le grapheur KST).

La Firewheel a roulé jusqu’au relèvement des pédales donc la batterie est quasi-vide (la charge commence à 57.5V, soit 3.6V, cf « Batteries de monocycles, comment ça marche« ). Le chargeur est du type 2A, le seuil de coupure est réglé à 1,4A. La durée totale de l’enregistrement est 3h34min30s (chiffre en bas à droite du graphique).

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Courbe de charge de Firewheel F260 avec coupure auto à 1.4A

A : fin de la charge à courant constant, début charge à tension constante
B : coupure automatique de charge par Charge Doctor
C : rétablissement de la charge (par l’utilisateur)
D : charge jusqu’à 100% de capacité

La charge se fait d’abord à courant constant 2A pendant environ 100 minutes, jusqu’au point A. Ensuite, la charge devient à tension constante : la tension reste à 67.3V et n’augmente presque plus car on a atteint la tension maximum par cellule LiIon de 4.2V, une valeur suffisante pour déclencher l’équilibrage par le BMS, théoriquement.
L’intensité chute alors très rapidement et au point B, Charge Doctor coupe automatiquement le courant. En C, le courant est rétabli pour poursuivre la charge jusqu’au point D, à quasiment 100%.

Cette charge complète permet à partir des données d’enregistrement (valeurs à extraire directement du fichier log.txt) d’établir la correspondance entre seuil de coupure et % de charge pour pouvoir fixer le bon seuil de coupure lors des prochaines charges selon le % de charge souhaité (cf table). Par exemple un seuil de coupure 1,0A entraînera un arrêt de charge à 90% de la capacité.

Pour les chargeurs rapides à 4A ou à 6A, les seuils de coupure auto seront bien sûr très différents donc l’enregistrement de la charge complète est à faire initialement par chaque utilisateur souhaitant une coupure programmée en fin de charge.

Seuil coupure auto (A) Capacité (Wh) % pleine charge
1,52 232,3 85%
1,40 235,6 86%
1,20 242,0 89%
1,00 245,7 90%
0,80 250,6 92%
0,60 256,0 94%
0,40 261,5 96%
0,30 264,4 97%
0,20 267,0 98%
0,10 272,7 100%

N.B. sur le chargeur de la Firewheel, le courant ne tombe pas à zéro même après plusieurs heures de charge (voire après une nuit, d’après mes tests). C’est typique d’un chargeur qui ne coupe pas le courant en fin de charge, ce qui est vraiment déconseillé pour les batteries Lithium. Mes autres chargeurs n’ont heureusement pas ce comportement mais dans tous les cas, la batterie a toujours tendance à être en surcharge, bien au dessus d’une charge à 90% de la pleine capacité recommandée. Sauf quand on utilise le Charge Doctor V2 et sa fonction de coupure auto, bien sûr.

Charge Doctor V2 – 10A

Charge Doctor V2, un contrôleur de charge de batteries, est une version nettement améliorée de la première version. Il reprend les fonctions originales du produit, à savoir l’affichage de la charge en Wh et en Ah, la possibilité de réétalonner, l’interface de saisie par un bouton unique, l’envoi de données série ascii pour l’enregistrement et l’affichage graphique. En ajoutant d’importantes améliorations :

  • courant maximum jusqu’à 10A
  • plage de tensions admissibles plus étendue
  • gros afficheurs lumineux
  • coupure automatique en fin de charge, avec seuil réglable

Avec ses plages de tensions et courant plus étendues, la version V2 convient à la surveillance de charge de tous les engins légers électriques, non seulement les monocycles électriques mais aussi les vélos à assistance, scooter, gyropode, hoverboard, trottinette…

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Caractéristiques de Charge Doctor V2

  • Tension : 20.0V – 100.0 V
  • Intensité : 0.00 – 10.00 A
  • Capacité : 0.000-1000 Ah avec décimale automatique
  • Energie : 0.0-10000 Wh avec décimale automatique
  • Seuil de coupure automatique de fin de charge : 0.1-8.0 A
  • Sortie enregistreur liaison série 9600 bauds TTL
  • Equipé de prises GX16 3 broches directement compatibles avec Airwheel & clones, TG, iezWay, Gotway, Firewheel… ou de prise Lemo pour Ninebot
  • Dimensions : 85x50x20 mm
  • Poids : 65 g

Utilisation

Au démarrage, affichage de « C-Dr » puis du numéro de version du firmware (version « 2.00 »)

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L’afficheur haut indique alternativement la tension en volt (« 65.7U ») et l’intensité en ampère (« 1.99A »).

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L’afficheur bas a 3 modes d’afichage :

Appui bref => changement mode

  1. Wh
  2. Ah (« Ah » apparaît alternativement pour distinguer du mode Wh)
  3. Coupure auto du courant en fin de charge (affichage clignotant)
Appui prolongé
1. remet compteur Wh à zéro
2. remet compteur Ah à zéro
3. Active/désactive mode coupure auto (« 0.00A » correspond à coupure auto désactivée)

Attention : suite à une coupure auto, l’interrupteur interne est sur OFF et plus aucun courant ne passe. Pour pouvoir charger de nouveau, remettre l’interrupteur interne sur on par l’une de ces deux méthodes :

  • appui prolongé dans mode coupure auto (cf plus haut)
  • éteindre & réallumer Charge Doctor (l’interrupteur interne est toujours sur ON à l’allumage)

Paramétrage

Pour rentrer en mode paramétrage, maintenir le bouton appuyé à l’allumage de Charge Doctor.
Bouton maintenu < 5s => mode 1) réglage du seuil de coupure auto
Bouton maintenu > 5s => mode 2) étalonnage

1) Réglage du seuil de coupure auto

L’afficheur haut indique le paramètre en cours. Les paramètres à régler défilent automatiquement toutes les 2 s.
« Auto » : mode coupure automatique. L’afficheur du bas indique le seuil de coupure auto ( « 1.00A »). Quand le courant tombe sous ce seuil, le courant est coupé. Le réglage se fait par incrément de 0.1A (maintenir appuyé pour incrément automatique)
Remarque : la désactivation de la coupure auto (affichage « 0.00A ») se fait en dehors du mode paramétragel, cf plus haut
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« Pr1 » : paramètre 1. Valeur = 1 => extinction de l’afficheur LED et mise en veille profonde. Pour rallumer Charge Doctor, cliquer le bouton ou éteindre/rallumer
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« PR2 », … « PRn » : extension future

Si aucun clic bouton pendant plus de 6s, l’afficheur revient en mode normal.

2) Etalonnage

La tension est étalonnée sortie usine à +-10mV et l’intensité à +-1mA.
Réétalonnez seulement si vous disposez de voltmètres et d’ampèremètres précis.
L’afficheur du haut défile les paramètres à régler toutes les 2 s. Quand le bouton est appuyé, le défilement s’arrête pendant 6s. Pour quitter ce mode et revenir au mode normal, éteindre/rallumer Charge Doctor.

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« down U » : diminuer le gain en tension
(environ 10mV par clic)
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« UP U » : augmenter le gain en tension
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« down A » : diminuer le gain en intensité
(environ 1mA par clic)
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« UP A » : augmenter le gain en intensité
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« 00 A » : Recale le zéro intensité pour afficher 0.00A quand
aucune charge est branchée
ATTENTION : maintenir le bouton appuyé 2s pour régler
(clic rapide ignoré pour éviter une erreur de manipulation)

Enregistreur série

Charge-Doctor envoie les données toutes les 10s par protocole série 9600 bauds, niveaux TTL en format ascii, séparateur=virgule. Le format est le même que sur la version précédente, voir l’article Affichage graphique pour le chargement des fichiers et l’exploitation des données.
N.B. Charge Doctor ne stocke pas de données. Pour les enregistrements, le PC doit être branché pendant la charge pour recevoir, enregistrer et afficher les données.

Branchement au dongle : relier la sortie données de Charge Doctor à l’entrée RxD du dongle convertisseur série-usb, attention à respecter la polarité des fils :
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IMPORTANT : au démarrage, Charge Doctor envoie un entête à 2 lignes contenant notamment le numéro de version du firmware :

Charge Doctor V2.00-10A by HMC 01/2015
Time(s) Voltage(x0.1V) Current(x10mA) Charge(x0.1Wh)

Ces deux lignes présentes dans le fichier « log.txt » ne sont pas interprétables par le grapheur KST et l’affichage se bloque. Pour les supprimer, deux possibilités :

  • soit démarrer datalogger.exe 2 secondes APRES l’allumage du Charge Doctor.
  • soit faire « Stop logging » puis « Start logging » dans datalogger.exe avec l’option « Append to file » décochée => l’ancien fichier « log.txt » est écrasé et les nouvelles données n’auront plus les deux lignes d’entêtes non-interprétables.

Photos de Charge Doctor V2, versions avec prise GX16 (majorité des monocyles, vélo, trottinettes électriques) et Lemo (monocycle Ninebot).
(cliquer sur l’image pour voir en haute résolution)

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Batterie de monocycle, comment ça marche

La plupart des roues utilisent des packs de 16 cellules LiIon en série. Il existe quelques rares variantes, InMotion avec 18 cellules, Pinwheel avec des batteries LiPo, Solowheel première génération avec des batteries LiFePo, donc les seuils indiqués ci-après sont à adapter mais le principe de fonctionnement reste le même.

Toutes les batteries possèdent un circuit BMS (battery management system) pour gérer la charge, notamment pour équilibrer les tensions des 16 cellules et pour couper automatiquement la charge et éviter une surcharge. Une grosse majorité de BMS incluent également une protection contre la décharge, ce qui est une horrible erreur de conception pouvant causer une coupure brutale d’alimentation et à l’origine d’innombrables accidents, parfois graves, cf. les articles consacrés au BMS.

A noter que selon Shane Chen lui-même, génial concepteur Solowheel qui a popularisé le concept de monocycle électrique, ses BMS ne coupent jamais le courant pendant le ride (ce qui est quand même la moindre des choses sur un monocycle !). En cas de problème de la batterie, ils se contentent juste de le signaler à la carte-mère par un fil de signal dédié, libre à celle-ci d’avertir le rider.

Capacités

Pour doubler la capacité du pack, une cellule supplémentaire est soudée en parallèle à chaque cellule existante (smallexis a fait un mod, retrouvez le par le bouton « recherche »). Pour tripler la capacité, deux cellules, pour quadrupler, 3 cellules (par exemple sur la Firewheel). La variante plus répandue, pour une question de facilité de câblage, consiste à mettre en parallèle deux packs chacun avec son propre BMS, par exemple deux packs de 340Wh en parallèle pour avoir une capacité de 680Wh sur les Gotways.

Seuils à connaîtres

Voici quelques valeurs caractéristiques de nos packs LiIon. Elles sont utiles à connaître pour charger & décharger correctement, pour faire un diagnostic rapide en cas de problème d’alimentation de la roue et pour surveiller le vieillissement (inévitable) de la batterie.
Les valeurs sont données pour une cellule et pour le pack (16 cellules en série, valeurs mesurées par le Charge Doctor)

Remarque V cellule V pack Seuil
1 3.0 48 Début détérioriation rapide
2 3.2 51 Minimum, éviter de descendre en dessous
3 3.45 55 Limite d’arrêt sur la plupart des wheels
4 3.6 58 Tension pour stockage
5 3.7 60 Nominal pour calcul de la valeur Wh
6 4.0 64 Circuit ouvert, après pleine charge
7 4.1 66 Déclenchement de l’équilibrage par BMS
8 4.2 67.2 Début charge à tension constante

(1) la batterie n’est pas forcément détruite par une tension aussi basse, seulement elle « en prend un coup », c’est un état de décharge prolongé à éviter
(2) cette limite n’est normalement jamais atteinte car la carte-mère arrête la roue et nous oblige à descendre avant. Si vous constatez cette valeur, c’est que votre pack a un problème, le plus souvent une ou deux cellules défectueuse.
(4) valeur indicative. On peut aussi utiliser le Charge Doctor pour faire une charge à 50% pour le stockage. Le but est de ne pas stocker trop chargé (plus le potentiel aux bornes de la membrane de séparation des charges est basse, plus on préserve cette membrane et donc la batterie), ni de stocker trop déchargé pour que l’autodécharge n’entraîne pas la batterie sous les limites néfastes pour les électrodes (cf (1) ).
(6) après la charge, en circuit ouvert (sans le chargeur branché), la tension a tendance à retomber, surtout si la batterie n’est plus de toute jeune.
(8) Zone de charge à tension constante : le courant baisse et en dessous de quelques dizaines de mA, la charge est coupée automatiquement par le BMS. Elle peut aussi être arrêtée manuellement lorsque la led rouge du chargeur passe à vert, ce qui correspond à une intensité de charge inférieure à 0,25A. A ce moment là, la batterie est quasiment à 100%, poursuivre la charge est inutile car l’on ne gagnera que quelques Wh.
(8) La tension au niveau de la prise de charge (lue par le Charge Doctor) peut être 68V à cause du BMS, notamment de la diode de protection contre les inversions de tension.

exemple de profil de charge (batterie Firewheel 260 Wh)

Utilisation pratique, précautions d’usage

  1. Il est préférable de ne pas charger à plus de 90% (voire 80%), ni de décharger à moins de 10% de la capacité afin de ménager la batterie. Même si bien sûr ce n’est pas toujours faisable pour les possesseurs de petites batteries, par exemple 130Wh, car l’autonomie en km et donc la pleine charge restent prioritaires.
    Une charge à 100% ou une décharge à 0% entraîne un vieillissement plus rapide des électrodes et de la membrane de séparation des électrolyte et réduit le nombre de cycles charge/décharge utiles. Les batteries LiIon n’apprécient pas du tout la surcharge.
    Concrètement, il suffit d’arrêter la charge quand l’intensité chute en dessous de 1A sur les chargeurs 2A (cf graphique). Pour la décharge, les roues s’arrêtent assez tôt par le relèvement des pédales pour qu’on n’ait pas à s’inquiéter d’une décharge profonde.
  2. Si la roue reste inutilisée pendant longtemps, par exemple plus d’un an, il convient de surveiller sa tension au bout de la période et d’éventuellement la recharger à 50% pour compenser l’auto-décharge. Celle reste cependant très faible (comparée aux batteries NiCd ou NiMh) et facilement gérable.
  3. Avec le Charge Doctor, archiver au moins une fois la courbe de charge de votre batterie pour comparer en cas de problème ou pour connaître l’état de vieillissement du pack après quelques mois ou années d’utilisation. C’est une courbe de référence qui donne beaucoup d’infos importantes, notamment pour déterminer la durée de charge pour charger à 90% (lire la tension en début de charge, la reporter sur la courbe puis déterminer le temps où le courant chute en dessous de 1A et utiliser ce temps pour signaler la fin de charge ou pour régler la coupure automatique par un programmateur horaire).

Comparaison King-Song / Gotway

King Song est une marque qui monte ou en tout cas qui le mérite, grâce la finition incroyablement soignée de ses roues : utilisation de vraies vis avec écrous noyés et non des vis à bois, carte électronique tropicalisée, compartiments bien calfeutrés, dissipateur thermique de la carte-mère ventilé par la roue, mousses d’appui-jambes très confortable. Sur le plan ergonomique, j’apprécie ces points, qui manquent cruellement sur la Gotway : pas plus épais qu’une Solowheel donc prise entre jambes bien plus confortable qu’une Gotway, batterie amovible, chargeur sans ventilateur donc totalement silencieux, lumières avant et arrière, connecteur femelle USB 5V/2A pour recharger GPS, smartphone, lampe torche, appareil photo…

Les roues King Song sont des copies des Gotways au niveau de l’électronique et du moteur, donc avec des performances en roulage très honorables.
Voici une comparaison des deux cartes-mères de roues 14″, on retrouve la plupart des éléments identiques.

1: uP Cortex STM32 F103C8T (48 pins)
2: step down power converter
3: current sensor
4: gyroscop IC
5: mosfet driver
6: input capacitor
7: alim à découpage supplémentaire pour la prise USB (et les lumières ?)
8: inconnu

Carte-mère King Song 14″Carte-mère King Song 14

 

Carte-mère Gotway 14″Carte-mère Gotway 14

D’autres infos :

  1. Images & commentaires : http://www.znphc.com/201506/2789.html (utiliser Google Translate)
  2. Revue rapide : http://forum.electricunicycle.org/topic/714-kingsong-14c-first-impressions/

Shunt BMS – divers monocycles

Firewheel

La Firewheel est une roue 16″ extrêmement puissante. Même sur le modèle 520Wh avec la énorme batterie 16S4P, une forte accélération ou pente peut causer un appel de courant assez fort et donc une chute de tension qui déclenche une coupure de courant. Domi a eu une épaule enflée qui ne guérit pas, avec plusieurs visites chez le médecin et une ponction chez le spécialiste, ça fait cher la roue ! Continuer la lecture

Gotway – shunt BMS

Le BMS des nouveaux modèles de Gotway n’ont plus ces fameux mosfets de coupure de courant, seulement un seul mosfet contre la surcharge. Gotway a enfin pris la mesure de la dangerosité d’un BMS susceptible de couper le courant sans prévenir et a fait un BMS réellement adapté aux monocycles. Aucun shunt à faire donc, si votre modèle est plus récent qu’avril 2015.

Gotway, BMS ancien modèle. 3 mosfets doivent être shuntés

Gotway, modèle plus récent. Aucun shunt ni autre intervention nécessaire. L’alimentation de la Gotway 680Wh power est assurée par deux packs batteries en parallèle, chacun avec son propre BMS (voir synoptique), soit un total de 64 cellules standard 18650 de 2700mA ! Une grosse bête donc. Seul est gardé un mosfet de protection contre les surcharges, bien visibles sur les images. Source : vee73 of http://forum.electricunicycle.org/

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Airwheel Q3 & clones, doubler la batterie

Mod par Smallexis de trottinetteselectriques.heberg-forum.fr

Les Airwheels Q3 ou clones ont beaucoup d’espace intérieur, notamment pour loger une batterie épaisse. Alexis a soudé des batteries en parallèle sur les cellules existantes pour doubler la capacité du pack à peu de frais tout en utilisant un seul BMS pour l’équilibrage. Il en a profité pour shunter le BMS, bien sûr.

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